DSP芯片是专门为实现各种数字信号处理算法而设计的、具有特殊结构的微处理器，其卓越的性能、不断上升的性价比、日渐完善的开发方式使它的应用越来越广泛。将计算机网络技术引入以DSP为核心的嵌入式系统，使其成为数字化、网络化相结合，集通信、计算机和视听功能于一体的电子产品，必须大大提升DSP系统的应用价值和市场前景。将DSP技术与网络技术相结合，必须解决两个关键问题：一是实现DSP与网卡的硬件接口技术，二是基于DSP的网络通信程序设计。DSP与网卡的硬件接口技术参考文献[1]有比较详尽的论述，以下主要讨论基于DSP的网络通信程序设计。
1通信协议的制定
协议是用来管理通信的法规，是网络系统功能实现的基础。由于DSP可以实现对网卡的直接操作，对应于OSI网络模型，网卡包含了物理层和数据链路层的全部内容，因此，规定了数据链路层上数据帧封装格式，就可以为基于DSP的局域网络中任意站点之间的通信提供具体规范。因为以太网是当今最受欢迎的局域网之一，在以太网中，网卡用于实现802.3规程，其典型代表是Novell公司的NE2000和3COM公司的3C503等网卡，所以研究工作中的具体试验平台是以DSP为核心构成的以太局域网，主要用于语音的实时通信，所使用的网卡为Novell公司的NE2000网卡。NE2000网卡的基本组成请见参考文献[2]，其核心器件是网络接口控制器（NIC）DP8390。该器件有三部分功能：第一是IEEE802.3MAC（媒体访问控制）子层协议逻辑，实现数据帧的封装和解封，CSMA/CA（带碰撞检测功能的载波侦听多址接入）协议以及CRC校验等功能；第二是寄存器堆，用户对NE2000网卡通信过程的控制主要通过对这些寄存器堆中各种命令寄存器编程实现；第三是对网卡上缓冲RAM的读写控制逻辑。DP8390发送和接收采用标准的IEEE802.3帧格式。IEEE802.3参考了以太网的协议和技术规范，但对数据包的基本结构进行了修改，主要是类型字段变成了长度字段。所以，以DSP为核心的局域网内通信数据包基本格式如图1所示。
DSP读出数据包和打包从目的地址开始。目的地址用来指明一个数据帧在网络中被传送的目的节点地址。NE2000支持3种目的地址：单地址、组地址及广播地址。单地址表示只有1个节点可以接收该帧信息；组地址表示最多可以有64个字节接收同一帧信息；而广播地址则表示它可以被同一网络中的所有节接收。源地址是发送帧节点的物理地址，它只能是单地址。目的地址和源地址指网卡的硬件地址，又称物理地址。
在源地址之后的2个字节表示该帧的数据长度，只表示数据部分的长度，由用户自己填入。数据字段由46～1500字节组成。大于1500字节的数据应分为多个帧来发送；小于46字节时，必须填充至46字节。原因有两个：一是保证从目的地址字段到帧校验字段长度为64字节的最短帧长，以便区分信道中的有效帧和无用信息；二是为了防止一个站发送短帧时，在第一个比特尚未到达总线的最远端时就完成帧发送，因而在可能发生碰撞时检测不到冲突信号。NE2000对接收到的从目的地址字段后小于64字节的帧均认为是“碎片”，并予以删除。在数据字段，根据系统的具体功能要求，用户可以预留出若干个字节以规定相应的协议，以便通信双方依据这些字节中包含的信息实现不同的功能。
2基于DSP的网络通信程序设计
如果基于网络操作系统，用户可以利用一些软件对网络操作系统的支持，很容易地编写出优秀的网络通信程序，但这些程序必须依附于网络操作系统。而在DSP环境下，必须深入了解网络接口控制器（NIC）的工作原理[2]，通过对网络直接编程，实现局域网内任意站点之间的通信而完全抛开网络操作系统。
DSP对网卡的通信过程控制就是DSP对DP8390中各种寄存器进行编程控制，完成数据分组的正确发送和接收。DP8390的所有内部寄存器都是8位，映像到4个页面。每个页面有16个可供读写的寄存器地址（RA=00H～0fH）。页面的选择由命令寄存器CA控制。第0页寄存器用于收发过程，第1页寄存器主要用于DP8390的初始化，第2页寄存器则用于环路诊断。DSP对寄存器的操作是将寄存器作为DSP的端口设备，其实际物理端口地址（PPA）为网卡基本I/O端口地址（BIOA）与寄存器地址（RA）之和（即PPA=BIOA+RA）。应注意的是，PPA与寄存器间并不存在一一对应关系，对PPA的读操作与写操作并不一定是对同一寄存器进行的，这种情况在第0页尤其明显。用户数据分组在DSP和网卡交互是通过网卡的数据端口实现的，既可以用DMA方式也可以用PIO方式读入数据分组或将数据分组送至网卡RAM缓冲区。在本系统中，DSP采用DMA方式对网卡进行数据读写。网卡的数据端口地址（NDPA）为网卡基本I/O地址（BIOA）加偏移地址10H（即NDPA=BIOA+10H）。
网卡通信过程控制可分为网卡初始化、接收控制和发送控制。下面分别予以讨论。
2.1网卡初始化
网卡初始化的主要任务是设置所需的寄存器状态，确定发送和接收条件，并对网卡缓冲区RAM进行划分，建立接收和发送缓冲环。具体过程请参阅参考文献[2]。需要说明的是，每一块网卡被赋予一个物理地址，以便通信站点的标识。这个物理地址存在网卡的PROM（存储地址为0000～0005H）六个单元中，在网卡初始化时，通过远程DMA读入DSP内存中，并送入网卡物理地址寄存器。在一步的意义在于：一方面，如果能正确读出网卡的物理地址，则说明网卡硬件基本没有问题，网卡的上电复位和DSP对网卡的初始化顺利通过；另一方面，这个物理地址可以用于DSP网络系统中的点名、包的过滤丢弃等服务，也就是说，在链路层根据数据帧携带的源地址和目的地址确定数据报从哪里来，是否接收或丢弃。网卡初始化时另一个重要的工作就是接收缓冲环的设置，为了有效利用缓冲区，NIC将接收缓冲区RAM构成环形缓冲结构，如图2所示。
接收缓冲区RAM分成多个256字节的缓冲区，N个（N最大为256）这样的缓冲区通过指针控制链接成一条逻辑上的缓冲环。缓冲环的开始页面地址存入PSTART寄存器，环页面结束地址存入PSTOP寄存器。PSTART和PSTOP确定了接收缓冲环的大小和边界。为便于缓冲环读写操作，还需要2个指针：当前页面指针CURR和边界指针BNRY。CURR确定下一包放在何处，起着缓冲环写页面指针作用；BNRY指向未经DSP取走处理最早到达的数据包起始页面，新接收的数据包不可将其覆盖，起着缓冲环读页面指针的作用。也就是说，CURR可以告诉用户网卡接收的数据分组当前放到了什么位置，而BNRY则用于确定DSP读缓冲环到了什么地方。由于接收缓冲区为环形结构，BNRY和CURR相等时，环缓冲区可能满也可能空。为了使NIC能辨别这两种状态，规定当BNRY等于CURR时，才认为环缓冲区满；当缓冲区空时，CURR比BNRY指针值大1。因此，初始化时设置：BNRY=PSTART，CURR=PSTART+1。这时读写指针不一致，为了保证正确的读写操作，引入一软件指针NEXTPK指示下一包起始页面。显然，初始化时NEXTPK=CURR。这时，缓冲环的读指针对NEXTPK，而BNRY只是存储分组缓冲区的起始页面边界指示，其值为NEXTPK-1。
2.2接收控制过程
DSP完成对DP8390的初始化后，网卡就处于接收状态，一旦收到分组，就自动执行本地DMA，将NIC中FIFO数据送入接收缓冲环，然后向主机申请“数据分组接收到”中断请求。DSP如果响应中断，则启动网卡远程DMA读，将网卡缓冲区中的数据分组读入学生机存储区，然后对接收缓冲环CURR、NEXTPK、BNRY指针内容进行修改，以便网卡能从网上正确接收后续分组。DSP响应网卡接收中断后，接收控制过程如下：
①设置远程DMA的起始地址；RSAR0=00H，RSAR1=Nextpk。
②设置远程DMA操作的字节数，这个长度在46～1500字节范围内根据具体要求自己确定。
③0AH送命令寄存器CR，启动远程DMA读。
④从网卡数据端口依序读入数据分组，注意，最先读入的4字节非数据分组内容，第1字节为接收状态，第2字节为下一包页地址指针，3与4字节为接收字节数。第2字节内容应该送入Nextpk，其它字节根据用户要求处理。
⑤修改边界指针BNRY=Nextpk-1。
⑥清除远程DMA字节数寄存器RBCR0和RBCR1。
2.3发送控制过程
DSP先执行远程DMA写操作，将内存中的数据分组传至网卡发送缓冲区，然后启动发送命令进行数据分组发送。发送控制过程如下：
①设置远程DMA的起始地址为网卡发送缓冲区起始地址；
②设置远程DMA操作的字节数；
③12H送命令寄存器CR，启动远程DMA写；
④依序送出数据分组至网卡发送缓冲区；
⑤清除远程DMA字节数寄存器；
⑥设置发送字节数寄存器TBCR0和TBCR1；
⑦12H送命令寄存器CR，启动数据分组发送。
3发送方发送频率的控制
发送方发送频率的正确控制主要保护两点：一是有一个最小发送时间间隔，否则会因为接收方不能及时接收而导致系统瘫痪；二是发送频率能够足具体的功能实现要求。譬如在语音的实时通信中，发送频率就取决于声卡的采样频率。在8kHz采样频率时，声卡每秒钟采样8000字节，采用1024字节需用时128ms，如果通信协议规定发送1次传送1024字节有效数据，则必须每128ms发送一次才能保证缓冲区有新数据待发送，也才能保证接收方有新数据播放。128ms是一个理论计算数值，在实际的操作中采样速度和发送频率之间总是不能完全匹配，而存放数据的缓冲区大小是有限的，如果没有良好的控制技巧来实现正确发送，就会造成声音抖动和延时。解决的办法是双缓冲技术和双指针控制，并且根据采样速度和发送频率之间的匹配情况送入不同的发送通信进行处理后发送。正确发送的含义有两方面，一是每次发送的都是新数据，二是能满足接收方总在播放新数据的需求。
4接收方防止数据包的丢失
由于DSP通过中断请求判断是否有数据分组到来，如果中断繁忙而两个数据包到来时间相差非常短，DSP有可能只响应一次中断，从而导致丢包的发生。分析网卡接收数据过程，当网卡收到数据分组时，首先执行本地DMA，将NIC中FIFO数据送入接收缓冲环，并将本地DMA操作的起始地址存放在当前页寄存器（CURR）和当前本地DMA寄存器（CLDA0、CLDA1）中，DSP从网卡接收缓冲环读出数据到存储器则称远程DMA操作，用软件指针Nextpk来指示远程DMA的起始页面。因此通过比较网卡本地DMA和远程DMA的当前地址，即在中断服务子程序中比较CURR和Nextpk指针，或比较CLDA0、CLDA1和Nextpk指针，就可以保证当前数据分组放到了哪里就读出到哪里，从而防止丢包的发生。
关键词：DSP网络通信程序通信协议网卡
DSP芯片是专门为实现各种数字信号处理算法而设计的、具有特殊结构的微处理器，其卓越的性能、不断上升的性价比、日渐完善的开发方式使它的应用越来越广泛。将计算机网络技术引入以DSP为核心的嵌入式系统，使其成为数字化、网络化相结合，集通信、计算机和视听功能于一体的电子产品，必须大大提升DSP系统的应用价值和市场前景。将DSP技术与网络技术相结合，必须解决两个关键问题：一是实现DSP与网卡的硬件接口技术，二是基于DSP的网络通信程序设计。DSP与网卡的硬件接口技术参考文献[1]有比较详尽的论述，以下主要讨论基于DSP的网络通信程序设计。
1通信协议的制定
协议是用来管理通信的法规，是网络系统功能实现的基础。由于DSP可以实现对网卡的直接操作，对应于OSI网络模型，网卡包含了物理层和数据链路层的全部内容，因此，规定了数据链路层上数据帧封装格式，就可以为基于DSP的局域网络中任意站点之间的通信提供具体规范。因为以太网是当今最受欢迎的局域网之一，在以太网中，网卡用于实现802.3规程，其典型代表是Novell公司的NE2000和3COM公司的3C503等网卡，所以研究工作中的具体试验平台是以DSP为核心构成的以太局域网，主要用于语音的实时通信，所使用的网卡为Novell公司的NE2000网卡。NE2000网卡的基本组成请见参考文献[2]，其核心器件是网络接口控制器（NIC）DP8390。该器件有三部分功能：第一是IEEE802.3MAC（媒体访问控制）子层协议逻辑，实现数据帧的封装和解封，CSMA/CA（带碰撞检测功能的载波侦听多址接入）协议以及CRC校验等功能；第二是寄存器堆，用户对NE2000网卡通信过程的控制主要通过对这些寄存器堆中各种命令寄存器编程实现；第三是对网卡上缓冲RAM的读写控制逻辑。DP8390发送和接收采用标准的IEEE802.3帧格式。IEEE802.3参考了以太网的协议和技术规范，但对数据包的基本结构进行了修改，主要是类型字段变成了长度字段。所以，以DSP为核心的局域网内通信数据包基本格式如图1所示。
DSP读出数据包和打包从目的地址开始。目的地址用来指明一个数据帧在网络中被传送的目的节点地址。NE2000支持3种目的地址：单地址、组地址及广播地址。单地址表示只有1个节点可以接收该帧信息；组地址表示最多可以有64个字节接收同一帧信息；而广播地址则表示它可以被同一网络中的所有节接收。源地址是发送帧节点的物理地址，它只能是单地址。目的地址和源地址指网卡的硬件地址，又称物理地址。
在源地址之后的2个字节表示该帧的数据长度，只表示数据部分的长度，由用户自己填入。数据字段由46～1500字节组成。大于1500字节的数据应分为多个帧来发送；小于46字节时，必须填充至46字节。原因有两个：一是保证从目的地址字段到帧校验字段长度为64字节的最短帧长，以便区分信道中的有效帧和无用信息；二是为了防止一个站发送短帧时，在第一个比特尚未到达总线的最远端时就完成帧发送，因而在可能发生碰撞时检测不到冲突信号。NE2000对接收到的从目的地址字段后小于64字节的帧均认为是“碎片”，并予以删除。在数据字段，根据系统的具体功能要求，用户可以预留出若干个字节以规定相应的协议，以便通信双方依据这些字节中包含的信息实现不同的功能。
2基于DSP的网络通信程序设计
如果基于网络操作系统，用户可以利用一些软件对网络操作系统的支持，很容易地编写出优秀的网络通信程序，但这些程序必须依附于网络操作系统。而在DSP环境下，必须深入了解网络接口控制器（NIC）的工作原理[2]，通过对网络直接编程，实现局域网内任意站点之间的通信而完全抛开网络操作系统。
DSP对网卡的通信过程控制就是DSP对DP8390中各种寄存器进行编程控制，完成数据分组的正确发送和接收。DP8390的所有内部寄存器都是8位，映像到4个页面。每个页面有16个可供读写的寄存器地址（RA=00H～0fH）。页面的选择由命令寄存器CA控制。第0页寄存器用于收发过程，第1页寄存器主要用于DP8390的初始化，第2页寄存器则用于环路诊断。DSP对寄存器的操作是将寄存器作为DSP的端口设备，其实际物理端口地址（PPA）为网卡基本I/O端口地址（BIOA）与寄存器地址（RA）之和（即PPA=BIOA+RA）。应注意的是，PPA与寄存器间并不存在一一对应关系，对PPA的读操作与写操作并不一定是对同一寄存器进行的，这种情况在第0页尤其明显。用户数据分组在DSP和网卡交互是通过网卡的数据端口实现的，既可以用DMA方式也可以用PIO方式读入数据分组或将数据分组送至网卡RAM缓冲区。在本系统中，DSP采用DMA方式对网卡进行数据读写。网卡的数据端口地址（NDPA）为网卡基本I/O地址（BIOA）加偏移地址10H（即NDPA=BIOA+10H）。
网卡通信过程控制可分为网卡初始化、接收控制和发送控制。下面分别予以讨论。
2.1网卡初始化
网卡初始化的主要任务是设置所需的寄存器状态，确定发送和接收条件，并对网卡缓冲区RAM进行划分，建立接收和发送缓冲环。具体过程请参阅参考文献[2]。需要说明的是，每一块网卡被赋予一个物理地址，以便通信站点的标识。这个物理地址存在网卡的PROM（存储地址为0000～0005H）六个单元中，在网卡初始化时，通过远程DMA读入DSP内存中，并送入网卡物理地址寄存器。在一步的意义在于：一方面，如果能正确读出网卡的物理地址，则说明网卡硬件基本没有问题，网卡的上电复位和DSP对网卡的初始化顺利通过；另一方面，这个物理地址可以用于DSP网络系统中的点名、包的过滤丢弃等服务，也就是说，在链路层根据数据帧携带的源地址和目的地址确定数据报从哪里来，是否接收或丢弃。网卡初始化时另一个重要的工作就是接收缓冲环的设置，为了有效利用缓冲区，NIC将接收缓冲区RAM构成环形缓冲结构，如图2所示。
接收缓冲区RAM分成多个256字节的缓冲区，N个（N最大为256）这样的缓冲区通过指针控制链接成一条逻辑上的缓冲环。缓冲环的开始页面地址存入PSTART寄存器，环页面结束地址存入PSTOP寄存器。PSTART和PSTOP确定了接收缓冲环的大小和边界。为便于缓冲环读写操作，还需要2个指针：当前页面指针CURR和边界指针BNRY。CURR确定下一包放在何处，起着缓冲环写页面指针作用；BNRY指向未经DSP取走处理最早到达的数据包起始页面，新接收的数据包不可将其覆盖，起着缓冲环读页面指针的作用。也就是说，CURR可以告诉用户网卡接收的数据分组当前放到了什么位置，而BNRY则用于确定DSP读缓冲环到了什么地方。由于接收缓冲区为环形结构，BNRY和CURR相等时，环缓冲区可能满也可能空。为了使NIC能辨别这两种状态，规定当BNRY等于CURR时，才认为环缓冲区满；当缓冲区空时，CURR比BNRY指针值大1。因此，初始化时设置：BNRY=PSTART，CURR=PSTART+1。这时读写指针不一致，为了保证正确的读写操作，引入一软件指针NEXTPK指示下一包起始页面。显然，初始化时NEXTPK=CURR。这时，缓冲环的读指针对NEXTPK，而BNRY只是存储分组缓冲区的起始页面边界指示，其值为NEXTPK-1。
2.2接收控制过程
DSP完成对DP8390的初始化后，网卡就处于接收状态，一旦收到分组，就自动执行本地DMA，将NIC中FIFO数据送入接收缓冲环，然后向主机申请“数据分组接收到”中断请求。DSP如果响应中断，则启动网卡远程DMA读，将网卡缓冲区中的数据分组读入学生机存储区，然后对接收缓冲环CURR、NEXTPK、BNRY指针内容进行修改，以便网卡能从网上正确接收后续分组。DSP响应网卡接收中断后，接收控制过程如下：
①设置远程DMA的起始地址；RSAR0=00H，RSAR1=Nextpk。
②设置远程DMA操作的字节数，这个长度在46～1500字节范围内根据具体要求自己确定。
③0AH送命令寄存器CR，启动远程DMA读。
④从网卡数据端口依序读入数据分组，注意，最先读入的4字节非数据分组内容，第1字节为接收状态，第2字节为下一包页地址指针，3与4字节为接收字节数。第2字节内容应该送入Nextpk，其它字节根据用户要求处理。
⑤修改边界指针BNRY=Nextpk-1。
⑥清除远程DMA字节数寄存器RBCR0和RBCR1。
2.3发送控制过程
DSP先执行远程DMA写操作，将内存中的数据分组传至网卡发送缓冲区，然后启动发送命令进行数据分组发送。发送控制过程如下：
①设置远程DMA的起始地址为网卡发送缓冲区起始地址；
②设置远程DMA操作的字节数；
③12H送命令寄存器CR，启动远程DMA写；
④依序送出数据分组至网卡发送缓冲区；
⑤清除远程DMA字节数寄存器；
⑥设置发送字节数寄存器TBCR0和TBCR1；
⑦12H送命令寄存器CR，启动数据分组发送。
3发送方发送频率的控制
发送方发送频率的正确控制主要保护两点：一是有一个最小发送时间间隔，否则会因为接收方不能及时接收而导致系统瘫痪；二是发送频率能够足具体的功能实现要求。譬如在语音的实时通信中，发送频率就取决于声卡的采样频率。在8kHz采样频率时，声卡每秒钟采样8000字节，采用1024字节需用时128ms，如果通信协议规定发送1次传送1024字节有效数据，则必须每128ms发送一次才能保证缓冲区有新数据待发送，也才能保证接收方有新数据播放。128ms是一个理论计算数值，在实际的操作中采样速度和发送频率之间总是不能完全匹配，而存放数据的缓冲区大小是有限的，如果没有良好的控制技巧来实现正确发送，就会造成声音抖动和延时。解决的办法是双缓冲技术和双指针控制，并且根据采样速度和发送频率之间的匹配情况送入不同的发送通信进行处理后发送。正确发送的含义有两方面，一是每次发送的都是新数据，二是能满足接收方总在播放新数据的需求。
4接收方防止数据包的丢失
由于DSP通过中断请求判断是否有数据分组到来，如果中断繁忙而两个数据包到来时间相差非常短，DSP有可能只响应一次中断，从而导致丢包的发生。分析网卡接收数据过程，当网卡收到数据分组时，首先执行本地DMA，将NIC中FIFO数据送入接收缓冲环，并将本地DMA操作的起始地址存放在当前页寄存器（CURR）和当前本地DMA寄存器（CLDA0、CLDA1）中，DSP从网卡接收缓冲环读出数据到存储器则称远程DMA操作，用软件指针Nextpk来指示远程DMA的起始页面。因此通过比较网卡本地DMA和远程DMA的当前地址，即在中断服务子程序中比较CURR和Nextpk指针，或比较CLDA0、CLDA1和Nextpk指针，就可以保证当前数据分组放到了哪里就读出到哪里，从而防止丢包的发生。
关键词：变电站综合自动化通信网接口实时多任务操作系统
0.引言
变电站是输配电系统中的重要环节，是电网的主要监控点。近年来，随着我国经济高速发展，电压等级和电网复杂程度也大大的提高。传统变电站一次设备和二次设备已无法满足降低变电站造价和提高变电站安全与经济运行水平这两方面的要求。
而现在变电站所采用的综合自动化技术是将站内继电保护，监控系统，信号采集，远动系统等结合为一个整体，使硬件资源共享，用不同的模式软件来实现常规设备的各种功能。用局域网来代替电缆，用主动模式来代替常规设备的被动模式。具有可靠、安全、便于维护等特点。
分散分层分布式是变电站综合自动化系统的发展方向，这就对通信的可靠性提出了更高的要求，选择一个可靠、高效的网络结构，是解决问题关键。90年代中期，国内外曾掀起一场“现场总线热”，但是由于技术上的原因以及采用设备总线时信息量大且传输较慢的特点，造成了现场总线存在多种标准，阻碍了其发展。以太网经过若干年的发展，技术上日臻成熟。随着嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已十分便利的应用于变电站综合自动化系统。以太网具有高速、可靠、安全、灵活的特点，使其在变电站综合自动化系统中有广阔的应用前景。
1.变电站通信系统结构
系统结构示意图如图1所示。
从图上可以看出：
1）管理和控制一体化局域网将无可争议地选用以太网。
2）间隔级控制总线在FF-H2总线尚未成熟的情况下，工业级以太网和ProfibusMMS（ManufacturingMessageingSpecification制造厂信息规范）将是一个比较好的选择。
3）可编程逻辑控制器PLC被发展成PCC(Programablecomputercontroller),即用智能模块实现逻辑及自动控制功能，它比常规的PLC具有可交流采样、通讯组态方便等优点。
2.变电站综合自动化系统通信网的基本设计原则
通信在变电站综合自动化占有重要的地位。其内容包括当地采集控制单元与变电站监控管理层之间的通信，变电站当地与远方调度中心之间的通信。系统通讯网架的设计是十分关键的，本文从以下方面考虑变电自动化系统通信网的设计：
1）电力系统的连续性和重要性，通讯网的可靠性是第一位的。
2）系统通讯网应能使通讯负荷合理分配，保证不出现“瓶颈”现象，保证通讯负荷不过载，应采用分层分布式通讯结构。此外应对站内通讯网的信息性能合理划分，根据数据的特征是要求实时的，还是没有实时性要求以及实时性指标的高低进行处理。另外系统通信网设计应满足组合灵活，可扩展性好，维修调试方便的要求。
3）应尽量采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。
4）应考虑针对不同类型的变电所的实际情况和具体特点，系统通信网络的拓扑结构是灵活多样的且具有延续性。
5）系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约。
6）对于通信媒介的选用，设计原则是在技术要求上支持采用光纤，但实际工程中也考虑以屏蔽电缆为主要的通信媒介。
7）为加速产品的开发，保持对用户持续的软件支持，对用户提出的建议及要求的快速响应，就要求摆脱小作坊式的软件开发模式，使软件开发从“小作坊阶段”进入“大生产阶段”，采用先进的通信处理器软件开发平台实时多任务操作系统RTOS并开发应用与其之上的通信软件平台。
3.通信网的软硬件安装
3.1.硬件的选择
为了保证通信网的可靠性，通信网构成芯片必须保证在工业级以上，以满足湿度、温度和电磁干扰等环境要求。通讯CPU采用摩托罗拉公司或西门子公司的工控级芯片，通讯介质选择屏蔽电缆或光纤。
3.2.接口程序
采用国际标准的通信接口，技术上设计原则是兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。装置通信CPU除保留标准的RS232/485口用于系统调试维护外，其它各种接口采用插板式结构，设计支持以下三类共七种方式：标准RS485接口，考虑双绞线总线型和光纤星型耦合型；标准ProfibusFMS接口，考虑双绞线总线型、光纤环网、光纤冗余双环网；标准Ethernet，考虑双绞线星型和光纤星型（通信管理单元考虑以上两种类型的双冗余配置）。
3.3.通信协议和通信规约
系统通信网络应采用符合国际标准的通信协议和通信规约，应建立符合变电站综合自动化系统结构的计算机间的网络通讯，根据变电站自动化系统的实际要求，在保证可靠性及功能要求的基础上，尽量注意开放性及可扩充性，并且所选择的网络应具有一定的技术先进性和通用性，尽量靠国际标准。长期以来，不同的变电站监控系统采用不同的通信协议和通信规约，如何实现不同系统的互连和信息共享成为一个棘手的问题，应采用规范化、符合国际标准的通信协议和规约。为此在系统中选用了应用于RS485网络的IEC61870-5-103规约、应用于Profibus的MMS行规以及应用于TCP/IP上的MMS行规。它们都具有可靠性、可互操作性、安全性、灵活性等特点。
4.通信软件的设计与实现
通信软件的设计涉及到多种设备的配合问题，本文只以DF3003变电站综合自动化系统的通信网络为例，介绍变电站综合自动化系统通信软件设计与运行原理。
4.1.软件功能与运行原理
在DF3003变电站综合自动化系统中，采用二级分层分布式网络。针对110KV中压变电站的要求，我们可采取图2所示的组网方式。后台与主站都是一种监控系统，其主要功能为监视各智能单元的运行状态，并能对各智能单元进行控制。而监控系统为完成其主要功能所需要的各种数据都是由通讯转换器DF3211或保护管理单元DF3210来提供的。因此，从数据流控制的角度来看，通讯程序主要完成智能单元运行状态信息的上报和监控系统控制信息的下发两种功能。智能单元的运行状态信息一般包括遥测数据、遥信数据、电度数据、突发数据等。监控系统的控制信息则包括遥控命令、对时命令、查询命令等。本文中的变电自动化系统通讯程序所要完成的数据结构与函数过程如图3所示。
4.2.软件开发平台——RTOS
随着应用的复杂化，对控制精度、智能化程度的要求越来越高，一个微处理器往往要同时完成很多任务。体现在变电站自动化通信产品中，由于信息采集量越来越大，信息交换越来越频繁，简单地用单一任务来轮询，往往造成通信的“瓶颈”现象，如保护和测量设备采集到的实时信息无法及时向上传递。多任务编程的特点是：程序在功能上以任务的形式存在，
各个任务之间相对独立，可通过操作系统提供的资源，进行任务间的信息交换和相互控制，可通过优先级、时间片来控制各任务执行的顺序。多任务编程的特点打破了传统软件顺序执行的框架，便于程序的系统开发、调试及维护。实时多任务操作系统RTOS（RealTimeOperatingSystem）是面向21世纪嵌入式设计的基础和标准开发平台。高性能软件开发平台可以使嵌入式软件程序的开发进入规模化和产业化生产。有了高性能开发平台，可以极大的提高软件开发的效率，RTOS体现了一种新的系统设计思想和一个开放的软件框架，在此基础上，可以设计一种更为通用的通用软件平台，软件工程师可以在不大量变动系统其他任务的情况下增加或删除一个通信规约；一个大项目开发的过程中，可以有多个工程师同时进行系统的软件开发，各个人之间只要制订好规程和协议即可，既缩短了开发时间，又降低了最终通信软件产品对于具体某个人的依赖性。
4.3.与因特网结合
通信管理单元提供内置的WEB-SERVER，可动态向外部系统数据，这部分可采用在RTOS之上外购WEB—SERVER模块来开发完成，更为方便的是，在设置各种系统参数和浏览现场实时数据时，只需要一个标准的浏览器软件，如Microsoft的IE即可。
5.改进的网架结构
当变电综合自动化系统中的通信可靠性要求进一步提高时，可采用图4所示的网架结构。即对通信管理单元和通道实行主备切换的模式，但这种模式对通信管理单元和通信切换器的要求较高。在这种模式下，当通信管理单元损坏或通道故障时均得到切换，因此这种模式更可靠、更安全。
关键词：电力系统；通信网络；网络管理系统；Q3适配器；SNMP；TMN
引言
近年来随着通信技术的发展，为了满足电力系统安全、稳定、高效生产的需求及电力企业运营走向市场化的需求,电力通信网的发展十分迅速。许多新的通信设备、通信系统，例如SDH、光纤环路、数字程控、ATM等，都纷纷涌入电力通信网，使网络的面貌日新月异。新设备的大量涌入表现出通信网的智能化水平不断提高，功能日益强大，配置、应用也十分复杂。层出不穷的新产品、新功能、新技术及技术经济效益等诸多因素的影响，使可选择的设备越来越多，造成电力通信网中设备种类的复杂化。技术的发展使某些旧的观念有了根本的改变，计算机网络技术与通信技术相互交融。传统通信网络的交换、传输等领域引入了计算机网络设备，例如路由器、网络交换、ATM设备等。某些传统的通信业务通过计算机网络实现，例如IP电话等。今天通信网与计算机网的界限已越来越模糊。电力通信业务已从调度电话、低速率远动通道扩展到高速、数字化、大容量的用户业务，例如计算机互联网、广域网、视频传送等。电力通信网的结构也已从单一服务于调度中心的简单星形方式发展到今天多中心的网状网络，以保证能为日益增长的电力信息传输需求服务。
此外，由于网络规模的限制，电力通信网实际上是一个小而全的网络。小是指网络的业务量不大；全是指作为通信网所有环节一样不少，而且电力通信网地域广大、数量繁多。由于规模的原因，电力通信网的管理传统上一直都是不分专业统一管理，每一位通信管理维护人员都必须管理包括网络中传输、交换、终端各个环节上的设备，还包括电源、机房、环境等网络辅助设备，同时还要管理电路调配等网络业务。
由于电力系统行政划分的各级都设置电力调度，电力通信网又被人为的划分成不同级别、不同隶属关系的网络。一般来说，电力通信网分为主干网、地区网；主干网分国家、网局、省局、地区4级；地区网又分为地区、县级网。各个级别的网络根据隶属关系互联，各行政单位所属的网络管理、维护关系独立。而且由于传统的原因，上级网络的设备维护工作多由通信设备所在地区的下级网络的通信管理人员负责。网络设备管理与维护分离，集中运行，分散维护。
面对这样一个复杂的网络，这样一些苛刻的管理要求，唯一的也是十分有效的方法就是建立具有综合业务功能、综合接入功能的电力通信网络管理系统（简称网管系统）。
早期的电力通信网管理方式简单，由于通信设备的功能单一、智能化水平不高，自动化管理表现为监控系统，具有监视通信设备运行状态，实时通告设备的告警和运行异常信息，远程实时控制设备的主、备切换等功能。随着电力通信网的发展，作为新一代通信网基础的智能化设备出现后，产生了网元管理系统，它除了对设备故障的监控功能外，还包括对设备性能、配置及安全的管理。时至今日，网元管理系统的应用在通信网的运行管理过程中已随处可见。随着通信设备智能化水平的提高和通信业务需求的增长，通信组网的灵活性越来越大，通信网的规模也越来越大，网络管理系统应运而生。
一、电力通信网络管理的设计原则
1.1全面采用TMN的体系结构
TMN是国际电信联盟ITU—T专门为电信网络管理而制定的若干建议书，主要是为了适应通信网多厂商、多协议的环境，解决网管系统可持续建设的问题。TMN包括功能体系结构、信息体系结构、物理体系结构及Q3标准的互联接口等项内容。通过多年来的不断完善和发展，TMN已走向成熟。国际上的许多大的公司（例如SUN,HP等）都开发出TMN的应用开发平台，以支持TMN的标准；越来越多国际、国内的通信设备制造厂商也宣布接受Q3接口标准，并在他们的设备上配置Q3接口。国内的公用网、部分专用通信网都有利用TMN来建设网管系统的成功范例，例如：全国长途电信局利用HP的TMN平台OVDM建设全国长途电信三期网管；无线通信局利用SUN的SEM平台建设TMN网络管理系统。TMN的优点在于其成熟和完整性，是目前国际上被广泛接受的体系中最为完整的通信网管标准体系；TMN的不足在于其复杂性和单一化的接口。这些问题在网管系统建设中应该加以考虑。
1.2兼容其他网管系统标准
在接受TMN的同时，兼容其他流行的网管系统的标准以解决TMN接口单一的问题，对电力通信网管系统的建设十分有好处，尤其在强调技术经济效益的今天，这一点更为重要。
SNMP简单网路管理协议所构成的网络管理是目前应用最为广泛的TCP/IP网络的管理标准，SNMP网络管理系统实际上也是目前世界上应用最为广泛的网络管理系统。不仅计算机网络产品的厂商，目前越来越多的通信设备制造厂商都支持SNMP的标准。因此电力通信网管系统应该将SNMP简单网路管理协议作为网络管理的标准之一，尤其在通信网与计算机网的界限越来越模糊的今天，其效益是显而易见的。
另外，目前出现了新发展的网管体系和标准，例如对象管理组织OMG的CORBA体系、基于Web的网管体系、分布式网络管理技术等，这些新的技术都应当引起我们的重视。总之，对于电力通信网这种组织结构分散的网络来说，网管系统对各种体系的兼容性很有必要。
1.3采用高水平的商用TMN网管开发平台作为开发基础
网络管理是一个巨大、复杂的工程，涉及面广，难度大，特别是像TMN这样的系统，而综合业务及综合接入功能的要求又增加了系统的难度。依照标准的建议书从基础开发做起的方法无论从时间、经济的角度来说都是不可取的。高层网管应用开发平台是世界上具有相当实力的厂商，投巨资历时多年开发出来的商用系统，目前比较成熟的有SUN公司的SEM、HP公司的OPENView、IMB的NetView等［3］。每一种商用系统都为建设通信网络管理系统提供了一整套管理、、协议接口及信息数据库开发的工具和方法。利用商用TMN网管平台作为核心来构筑电力通信网管系统，屏蔽了TMN网管系统的复杂性，可大大降低开发难度，缩短开发时间，提高分开的成功率。对电力通信网管系统的建设来说不失为一种经济有效的方法。
当然，商用化高层网管应用开发平台的成本相对比较高，因此对于规模小、层次低的通信网，采用一些专用的自行开发的网络管理系统平台可能更为实际。
1.4网管系统的网络化
网管系统互联组成网管网络这一点是不言而喻的。从长远的观点来讲，电力通信网管应接受异构网互联的观念，即不同层次、不同厂商甚至不同体系结构的系统之间应不受阻碍的互联，组成一个具有广泛容纳性的网管网络。
规定一种或几种统一的标准互联接口作为系统互联的限制约定是目前网管系统之间互联的最可行的方法，如采用CMIP的Q3接口、SNMP的简单网络管理协议作为网管之间互联的标准协议接口。当然随着技术的发展这种限制可能会有所改变，例如：CORBA技术的应用会对目前的状况产生影响。虽然统一接口有系统花费大的不足，但是统一接口在数据互联中的优点是显而易见的。
网管系统的数据共享和可互操作性机制是网管系统互联的基础。完善的安全机制是网管系统互联成功的保障。网管系统还应支持与网管系统以外的信息管理系统的互联，实现数据共享。
1.5综合接入性
网管必须满足各种通信网络、通信设备的接入要求，兼容各种制式、各个厂商的产品。
TMN网管系统本身支持的标准接口有限，能够直接接入TMN网管系统的通信系统、通信设备并不多，大量通信设备的接入依靠网管系统提供的转换机制，网管系统通过协议适配器这样的网管部件，将通信设备上的五花八门的管理数据接口转换成统一的网管系统支持的标准接口（例如Q3适配器，SNMPPROX等），实现网管对通信设备的接入。对于设备种类繁多的电力通信网，这个环节尤为重要。
对于网络层次多、设备分布广、智能水平低的电力通信网，如果全盘依照TMN的方案，势必造成系统十分庞大，整个网管系统变得很不经济。因此，选用一种综合接入能力强、成本低的网管系统直接面向大量的通信设备，将通信设备集中转换，再通过标准接口送入TMN高层次网管。建立综合接入网管系统来完成接入的任务对电力通信网不失为一种经济可行的方案。
对于大量中等以下规模的网络完全可以依靠综合接入网管系统的功能来管理网络，既可实现通信设备的综合接入，又建立了网络的分层管理，一举两得，而且这种方案的经济效益十分可观。对于系统已经在建的大量的监控、网元管理系统来说，也可以采用先将其改造成综合接入网管系统再接入高层TMN网管的方案。
1.6完善的应用功能及客户应用接口的开放性
在今天这样的市场竞争环境下，网管系统的应用功能是否完善、丰富，能否满足用户的要求、适应网络的变化，总之网管系统的应用功能是否能得到用户的认可，是网管系统成败的关键。
应用功能的设置应该能由用户来选择，用户的应用界面应该满足用户的要求。这要求网管系统除了具有根据用户要求定制的能力外，重要的一点是网管系统的应用功能接口应具有开放性，应能支持满足应用功能接口的第三方应用程序，在不改变基础系统的情况下不断推出新的应用功能、用户界面，满足用户的要求。由于电力通信网采用行政划分的管理方式，各级用户的管理功能要求的不一致性更大，应用功能开放性的要求显得更为重要。
1.7网管系统的一体化和独立性
网管系统应实现电力通信网的一体化管理，即各种功能网络管理系统的应用程序统一设计，采用统一的界面风格，采用一致的名词术语。用统一的管理操作界面去操作控制不同型号、厂家的同类功能设备。在同一个平台、界面上监视、处理网络告警，控制网络运行。
真正的网络管理系统应具有独立性，系统不应依赖于某个设备制造厂商；网管系统应能保证所有的厂商都得到同样公平和有效的支持。这样做的目的是为了保证通信系统本身的发展，确保不会因网管系统方案选择限制通信系统本身。这一点对于多样化特点十分明显的电力通信网尤为重要。
1.8网管系统的人机界面
首先，对象化的思想应该贯穿在网管界面的设计中。将图形上的元素及元素的组合定义成图形对象，将图形对象与它所表示的数据对象、实际的通信设备串联起来，实现实物、数据、表示界面的统一。这种对象化的设计方法保证了网管系统数据和界面的统一，保证了网管系统对被管理系统的变化的适应能力。对象化的设计观念应推广到网管系统人机界面的各个方面，例如：语音申告、媒体管理等。
其次，网管系统的界面应不断采用新技术加以更新、改造。界面是表示一个系统的窗口，界面的优劣直接影响人们对系统的第一印象，影响人们对系统的使用。引入新的技术，提高系统界面的功能、界面的可观赏性、系统的易使用程度是网管系统成败的又一关键因素。
GIS是目前实用化和技术经济性能都比较高的一项可视化信息技术，GIS采用对象化设计思想，支持地理信息数据，支持多图层控制，采用矢量化图形方式。GIS在信息管理系统的数据表示界面方面应用广泛，在表示与地理信息有关的数据界面时尤其优秀，电力通信网管系统可以采用GIS技术开发基于地理信息系统的网管应用界面。
Web是一种影响非常广的、为人们广泛接受的、使用方便的数据浏览界面，Web支持的数据包括文本、图形、图片、视频等，支持数据库的浏览，而且支持的数据种类和数据格式还在不断丰富。利用Web的优势作为网管系统的信息媒介是一种非常明智的选择。
二、电力通信网管系统方案
2.1需求分析
在选择网管系统方案时各种因素都会影响最终的决定，如网络管理要求、通信系统规模、通信网络结构、技术经济指标等。网络管理要求应是确定网管系统方案的首要因素。并不是在任何情况下网管的配置越高、功能越全越好，如果管理要求只关心对通信设备的实时监控，那么最佳方案是选择监控系统。在完成监控功能方面，监控系统的实时性能、准确程度都较复杂的网管系统要高。同样如果管理要求只关心通信设备的信息，只需要建立网元管理系统即可。但如果是一个管理一定规模的通信网络而且提供通信服务的管理单位，那么就应该选择能够涵盖整个通信网的网管系统。
2.2网络设计
初期的网管系统一般只注重网络某些部分（如通信设备）的管理，其主要原因是通信网管系统在发展初期一般依赖于通信设备生产厂商。真正的网络管理系统应包括以下各个层次：
网元数据采集层：网元(设备)的数据接入、数据采集系统。
网元管理层：直接管理单个的网元(设备)，同时支持上级的网络管理层。这一层主要是面向设备、单条电路，是网络管理系统的基础内容。其直接的结果实现设备的维护系统。
网络管理层：在网元管理的基础上增加对网元之间的关系、网络组成的管理。主要功能包括：从网络的观点、互联关系的角度协调网元(设备)之间的关系；创建、中止和修改网络的能力；分析网络的性能、利用率等参数。网络管理层的另一个重要的功能是支持上层的服务管理。
服务管理层：管理网络运行者与网络用户之间的接口，如物理或逻辑通道的管理。管理的内容包括用户接口的提供及通道的组织；接口性能数据的记录统计；服务的记录和费用的管理。
业务管理层：对通信调度管理人员关于运行等事项所需的一些决策、计划进行管理。对运行人员关于网络的一些判断的管理。这一层管理往往与通信企业的管理信息系统密切相关。其功能包括：日志记录，派工维护记录，停役、维护计划，网络发展规划等。
网络管理系统应当是全网络的，对于面向用户服务的规模较大的通信网络，管理的重点应放在网络、服务、业务等层次的管理上。
2.3系统功能
一个完善的网络管理系统应具备如下功能。
故障管理：提供对网络环境异常的检测并记录，通过异常数据判别网络中故障的位置、性质及确定其对网络的影响，并进一步采取相应的措施。
性能管理：网络管理系统能对网络及网络中各种设备的性能进行监视、分析和控制，确保网络本身及网络中的各设备处于正常运行状态。
配置管理：建立和调整网络的物理、逻辑资源配置；网络拓扑图形的显示，包括反映每期工程后网络拓扑的演变；增加或删除网络中的物理设备；增加或删除网络中的传输链路；设置和监视环回，以实施相关性能指标的测试。
安全管理：防止非法用户的进入，对运行和维护人员实现灵活的优先权机制。
2.4系统结构
为了保证网管系统能较好适应电力通信网的特点，满足电力通信网的管理要求，网管系统应能兼容多机种、多种操作系统；应能设计成冗余结构保证系统可靠性；应能充分考虑系统分期建设的要求，充分考虑不同档次的网管系统的需求。
网管系统可采用IP级的网络实现系统中各硬件平台之间的互联，利用现有的各种管理数据网络的路由，组织四通八达的网管系统网络。
数据服务器：是网管管理信息数据库的存储载体，用于存储和处理管理信息。
网管工作站：为网管系统提供人机接口功能。它为用户提供友好的图形化界面来操作各被管设备或资源，并以图形的方式来显示网络的运行状态及各种统计数据，同时运行各种网管系统的应用程序。
浏览工作站：通过广域网、Internet或Intranet网接入网管系统，提供网管系统数据信息的浏览功能。
协议适配器：完成网管系统与被管理设备之间的协议转换。
前置机：通过远方数据轮询采集及网管系统与采集系统之间的协议转换，实现对各种通信站、通信设备的实时管理。
网管系统的软件由管理信息数据库、网管核心模块、若干应用平台、若干网络高级分析程序及数据转换接口程序组成。
管理数据库：负责存储和处理被管设备、被管系统的历史数据,以及非实时的资料、统计检索结果、报表数据等离线数据。
网管核心模块包括管理信息服务模块、管理信息协议接口及实时数据库；
通信调度应用平台包括系统运行监视、运行管理、设备操作、图形调用、数据查询等功能。
图形系统实现网管系统图形应用界面，包括图元制作工具、绘图工具、图形文件管理工具、数据库维护工具等。
通信运行管理应用平台提供网管系统所需的各种管理功能，包括运行计划管理、维护管理、报表管理、权限管理等。
网络高级分析软件包括网络故障分析、性能分析、路由分析、资源配置分析。
三、结语
电力通信网络管理系统的开发与应用起步比较迟，相对于公用网和其他一些专用网都落后了一步。目前，在电力通信网中未见真正的规模比较大的网络管理系统，网络的运行管理主要依靠通信监控系统和一些随通信系统和通信设备引进的网元、网络管理系统。随着网络规模、管理水平的提高，越来越显示出目前这种状况的不适应性。从事电力通信网运行、管理、开发的建设者们有能力、有决心解决好这些问题。
参考文献：
［1］ITU-TM.3010-96.PrinciplesforaTelecommunicationManagementNetworks.
【关键词】通信网络；规划设计；安防工程
影响通信网络安全的因素主要是技术因素、环境因素。因此，安全的通信网络规划设计需要对这两个因素重点关注。要综合的分析考虑，进行整体性的规划，使通信网络的规划设计满足安全性的要求。
1通信网络的保障方式
通信网络包括网络信息以及用户信息，因此，通信网络的安全非常重要。通信网络的保障方式包括：（1）实时对信息的完整性进行监控；（2）确保信息传输的安全；（3）信息的操控需要进行身份认证；（4）设定安全级别，控制非法访问；（5）对信息的传输、操作进行实时、详细的记录。
2通信网络的安全需求
信息网络是信息传输的载体，在信息的传输过程没有被用户掌控，因此，用户会担心信息在传输过程中被非法访问、窃取、破坏等，因而产生了对通信网络安全的需求，也就是通过通信网络进行信息的传输，信息的机密性、完整性、不可破坏性能够得到相应的安全保证。
3通信网络安全分析
综上所述，必须要考虑通信网络的安全性，依据实际情况，进行安全的通信网络规划设计。安全的通信网络规划设计方案如表1所示。下面将从通信网络的安防工程、信息安全、网络安全、链路安全四个方面，对通信网络的安全进行具体的分析：（1）通信网络的安防工程。通信网络的安防工程是安全的通信网络的根本保障，为通信网络提供了一个安全的环境。其环境有以下几个明显的特点：传输设备随着信息的增多而增加，环境复杂化；空间容量随信息的增加以及通信网络结构的变化而逐渐增加；通信设备趋向于智能化、模块化；体积随着空间容量的增多反而逐渐减少。随着通信网络环境的改变，其规划设计对安全的要求也逐渐的提高，因此通信网络的安防工程显得十分重要。（2）信息安全。网络具有开放性的特点，导致信息的容易被非法非法访问、窃取、破坏等，因此，需要特别关注用户身份识别、信息的存储、信息传输等关键点，确保信息安全。例如，采取创建公钥密码的身份识别方式，确保信息的机密性；构建信息数据库，信息管理系统化，保证信息的完整性；对信息内容进行审计，对信息进行安全的管理，防止非法入侵破坏信息的完整性，保证信息的机密性。（3）网络安全。网络其开发性的特点，使之安全性受到一定的威胁。要达到网络安全的要求，需要对通信网络加强控制和管理。例如，可以使用防火墙技术将内外网络分离开来，对网络进行管理和控制，并不断根据实际的情况提高防火墙技术、加密技术、入侵检测等相关技术，提升网络安全。（4）链路安全。通信网络中链路安全会受到设备所用技术的影响。因此，应从以下几点加强链路安全：降低其维修的难度，对附加操作量进行一定的控制；保留网络本身的性能特点；为了实现系统的拓展，保持拓扑结构的原型；合理、合法的使用一些密码产品等。通过以上方法，对链路安全进行加密，信息送达后再进行解密。
4结束语
对于安全的通信网络规划设计，可以从以下五个方面入手：①对在通信网络中进行传输的信息进行加密设计；②针对通信网络入侵检测技术进行相关的研发，提升技术水平，提高通信网络的防御水平；③构建安全网管系统，确保通信网络的安全；④对通信网络中节点内系统进行重塑，提高安全防控能力；⑤对通信内部网络协议进行规划，确保通信网络内部协议的安全性，使通信网络安全运行。总而言之，进行通信网络规划设计时，一定要对其安全性进行科学、合理、深入的分析，采取具体措施提高通信网络的安全性，构建科学、合理，安全、稳定、高效的通信网络系统。
作者:李英峰 张志科 单位:广州杰赛科技股份有限公司通信规划设计院
参考文献
[1]陶卓.关于通信光缆网络线路规划设计问题的思考[J].通讯世界，2015，24：15~16.
[2]曹杰.试析电力光纤通信网络的规划设计的问题[J].中国新通信，2016，08：47.
1.1网络通信框架
1.1.1UNIXSAP/TERMSAP
轻量级的unixsap，termsap网络通讯组件，是对Socket的封装结合系统消息队列，但不支持跨平台，且只负责数据的收发，不涉及协议分析和组包。
1.2业界的相关库
1.2.1ACE
ACE是一个大型的中间件产品，代码20万行左右，过于宏大，一堆的设计模式，架构了一层又一层，使用的时候，要根据情况，看从哪一层来进行使用。支持跨平台。
1.2.2Libevent
Libevent是一个C语言写的网络库，官方主要支持的是类Linux操作系统，最新的版本添加了对Windows的IOCP的支持。在跨平台方面主要通过“select”模型来进行支持。
1.2.3Libev
与Libevent一样，Libev系统也是基于事件循环的系统，它在poll()、“select”()等机制的本机实现的基础上提供基于事件的循环。Libev实现的开销更低，能够实现更好的基准测试结果。
1.3BillingNTC
在IO多路复用为基础的，ACE，Libevent，Libev这些网络框架要不就是非常庞大（ACE），不利于集成；要不就是使用Callback的回调机制，对于固定的事件不如C++的虚函数多态方式。此外并没有对协议进行细分，至多实现了一些常用协议（如HTTP）的扩展接口，对于数据的处理（如协议解析、粘包、数据缓存）都需要上层自己实现。BillingNTC支持了以下的能力：
（1）支持跨平台(WIN32,LINUX,AIX,HPUX,SOLARIS,FREEBSD/MACOS)。
（2）支持同步和异步模型的网络编程。
（3）支持按协议适配拼接消息，缓存复用，并解决粘包问题。
（4）支持同一端口，多种协议混合的解决方案。
（5）支持事件扩展，动态增加事件泵，自定义事件分发和处理动作。
（6）支持流量统计和流量控制。
（7）支持链路超时控制。
（8）支持4类协议原型，以及扩展的HTTP协议和WIN-NTCP协议。
（9）支持连接设置。
2BillingNTC设计
2.1IO多路复用
IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。
2．2IO事件分离
一般地I/O多路复用机制都依赖于一个事件多路分离器(EventDemultiplexer)。分离器对象可将来自事件源的I/O事件分离出来，并分发到对应的read/write事件处理器(EventHandler)。两个与事件分离器有关的模式是Reactor和Proactor。Re-actor模式采用同步IO，而Proactor采用异步IO。在Reactor中，事件分离器负责等待文件描述符或Socket为读写操作准备就绪，然后将就绪事件传递给对应的处理器，最后由处理器负责完成实际的读写工作。
而在Proactor模式中，处理器--或者兼任处理器的事件分离器，只负责发起异步读写操作。IO操作本身由操作系统来完成。传递给操作系统的参数需要包括用户定义的数据缓冲区地址和数据大小，操作系统才能从中得到写出操作所需数据，或写入从Socket读到的数据。事件分离器捕获IO操作完成事件，然后将事件传递给对应处理器。比如，在Windows上，处理器发起一个异步IO操作，再由事件分离器等待IOComple-tion事件。典型的异步模式实现，都建立在操作系统支持异步API的基础之上，这种实现被称为“系统级”异步或“真”异步，因为应用程序完全依赖操作系统执行真正的IO工作。
2．3事件驱动模型
对于事件驱动模型，接触最多的便是界面的UI编程，它们都有一个事件队列，线程便是从事件队列中获取事件，然后执行事件对应的处理函数，周而复始地循环。事件驱动模型着重于弹性以及异步化，使得编程更为灵活。
在BillingNTC中，需要这样几个构件（前摄器，事件分发器，事件泵，事件处理器）来完成事件的流转，如图1所示。
2.3.1前摄器
前摄器（Proactor）是一个负责摄取事件，并将事件分发到事件泵的事件队列中。而连接前摄器便是利用I/O复用监测多个IO上的事件，并进行分离IO事件，派发到上层模块。
（1）多路复用模型
实用的多路复用模型都是多路分离的(“select”/poll/epoll等)，而且是非阻塞的。将常用的I/O复用进行封装，提供统一的接口，达到I/O事件前摄器的多样性。根据操作系统的不同，自动选择适合的I/O复用模型。
（2）异步IO
前摄器需要负责事件的监测和控制，并同时承担非阻塞读写操作（某些平台下不支持异步IO，这样达到模拟异步IO），IO操作与业务逻辑处理分离在不同的线程中，使用消息队列来进行数据缓冲。即使某个数据包的处理时间过长，也不会影响到IO线程的数据接收。
（3）动态控制监听
在某些场景下，可能需要对连接上事件的监听做动态的控制，做到实时地添加和移除指定的事件。如当达到最大连接数的时候停止accept，或对指定连接限定读写速度的场景。前摄器通过socket_pair(Unix域套接字)创建出两个套接字，假设分别叫A和B，将A放入监听集合中。当需要更改监听集合时，只需要往B写入数据，则A即变得可读，从而唤醒正在监测集合事件的前摄器线程，来处理集合变更的通知。
2．3．2事件分发器
事件分发器(eventdiuspatcher)本身并不是运行态线程，而是一个执行过程，被前摄器线程所执行。它负责为事件选择一个合适的事件队列。一个套接字上的事件往往有处理的顺序性，当连接刚建立的时候，产生的连接建立事件，会选择最小负载的队列，并且后续此连接上的事件都会放入此队列。其他类型的事件（如信号事件）会每次选择最小负载的队列放入。上层模块可以自定义事件分发器的分发动作，实现个性化地分发逻辑。
2．3．3事件泵
事件泵(eventpump)是基于事件循环(eventloop)，阻塞读取事件队列，将事件调用相应的事件处理器接口进行处理。可以有0个或多个事件泵，如果没有初始化事件泵，则事件的处理由前摄器直接调用事件处理器接口进行处理。
2．3.处理器
事件处理器本身并不是运行态线程，而是一个执行过程，被事件泵线程所执行。提供一个事件处理的统一入口Proces-sEvent，再根据不同的事件执行不用的处理函数。
2．4同步和异步模式
2．4.1同步模式
同步模式在客户端网络程序中使用较为便捷，从程序代码逻辑上看是顺序执行下去，能够更方便地控制逻辑执行顺序。因为事件处理器的执行过程是由事件泵线程或前摄器线程执行，与主线程并不是一个线程，那么如何才能让主线程接管消息的处理？可以通过设置一个阻塞消息队列，当有一个完整消息达到的时候，放入到此消息队列，而主线程则可以阻塞读消息队列（也可以配合超时）。当主线程还在阻塞读，而链路断开了，则需要自动将主线程从阻塞中唤醒，返回失败。主线程中只需要通过GetMessage就可以获得待处理的消息，然后进行消息处理，这一点就如同对系统消息队列的收取似的，处理逻辑简单。
2．4.2异步模式
异步模式在服务端网络程序，或者客户端网络程序需要连接多条链路的情况下，最为适合。因为事件处理器的执行完全由网络框架直接执行。同时由于I/O操作并不是在事件泵中完成，故事件泵便是工作线程，可以开设多个事件泵来达到更好的负载表现。
3结语
1.1网络通信框架
1.1.1UNIXSAP/TERMSAP
轻量级的unixsap，termsap网络通讯组件，是对Socket的封装结合系统消息队列，但不支持跨平台，且只负责数据的收发，不涉及协议分析和组包。
1.2业界的相关库
1.2.1ACE
ACE是一个大型的中间件产品，代码20万行左右，过于宏大，一堆的设计模式，架构了一层又一层，使用的时候，要根据情况，看从哪一层来进行使用。支持跨平台。
1.2.2Libevent
Libevent是一个C语言写的网络库，官方主要支持的是类Linux操作系统，最新的版本添加了对Windows的IOCP的支持。在跨平台方面主要通过“select”模型来进行支持。
1.2.3Libev
与Libevent一样，Libev系统也是基于事件循环的系统，它在poll()、“select”()等机制的本机实现的基础上提供基于事件的循环。Libev实现的开销更低，能够实现更好的基准测试结果。
1.3BillingNTC
在IO多路复用为基础的，ACE，Libevent，Libev这些网络框架要不就是非常庞大（ACE），不利于集成；要不就是使用Callback的回调机制，对于固定的事件不如C++的虚函数多态方式。此外并没有对协议进行细分，至多实现了一些常用协议（如HTTP）的扩展接口，对于数据的处理（如协议解析、粘包、数据缓存）都需要上层自己实现。BillingNTC支持了以下的能力：
（1）支持跨平台(WIN32,LINUX,AIX,HPUX,SOLARIS,FREEBSD/MACOS)。
（2）支持同步和异步模型的网络编程。
（3）支持按协议适配拼接消息，缓存复用，并解决粘包问题。
（4）支持同一端口，多种协议混合的解决方案。
（5）支持事件扩展，动态增加事件泵，自定义事件分发和处理动作。
（6）支持流量统计和流量控制。
（7）支持链路超时控制。
（8）支持4类协议原型，以及扩展的HTTP协议和WIN-NTCP协议。
（9）支持连接设置。
2BillingNTC设计
2.1IO多路复用
IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。
2．2IO事件分离
一般地I/O多路复用机制都依赖于一个事件多路分离器(EventDemultiplexer)。分离器对象可将来自事件源的I/O事件分离出来，并分发到对应的read/write事件处理器(EventHandler)。两个与事件分离器有关的模式是Reactor和Proactor。Re-actor模式采用同步IO，而Proactor采用异步IO。在Reactor中，事件分离器负责等待文件描述符或Socket为读写操作准备就绪，然后将就绪事件传递给对应的处理器，最后由处理器负责完成实际的读写工作。
而在Proactor模式中，处理器--或者兼任处理器的事件分离器，只负责发起异步读写操作。IO操作本身由操作系统来完成。传递给操作系统的参数需要包括用户定义的数据缓冲区地址和数据大小，操作系统才能从中得到写出操作所需数据，或写入从Socket读到的数据。事件分离器捕获IO操作完成事件，然后将事件传递给对应处理器。比如，在Windows上，处理器发起一个异步IO操作，再由事件分离器等待IOComple-tion事件。典型的异步模式实现，都建立在操作系统支持异步API的基础之上，这种实现被称为“系统级”异步或“真”异步，因为应用程序完全依赖操作系统执行真正的IO工作。
2．3事件驱动模型
对于事件驱动模型，接触最多的便是界面的UI编程，它们都有一个事件队列，线程便是从事件队列中获取事件，然后执行事件对应的处理函数，周而复始地循环。事件驱动模型着重于弹性以及异步化，使得编程更为灵活。
在BillingNTC中，需要这样几个构件（前摄器，事件分发器，事件泵，事件处理器）来完成事件的流转，如图1所示。
2.3.1前摄器
前摄器（Proactor）是一个负责摄取事件，并将事件分发到事件泵的事件队列中。而连接前摄器便是利用I/O复用监测多个IO上的事件，并进行分离IO事件，派发到上层模块。
（1）多路复用模型
实用的多路复用模型都是多路分离的(“select”/poll/epoll等)，而且是非阻塞的。将常用的I/O复用进行封装，提供统一的接口，达到I/O事件前摄器的多样性。根据操作系统的不同，自动选择适合的I/O复用模型。
（2）异步IO
前摄器需要负责事件的监测和控制，并同时承担非阻塞读写操作（某些平台下不支持异步IO，这样达到模拟异步IO），IO操作与业务逻辑处理分离在不同的线程中，使用消息队列来进行数据缓冲。即使某个数据包的处理时间过长，也不会影响到IO线程的数据接收。
（3）动态控制监听
在某些场景下，可能需要对连接上事件的监听做动态的控制，做到实时地添加和移除指定的事件。如当达到最大连接数的时候停止accept，或对指定连接限定读写速度的场景。前摄器通过socket_pair(Unix域套接字)创建出两个套接字，假设分别叫A和B，将A放入监听集合中。当需要更改监听集合时，只需要往B写入数据，则A即变得可读，从而唤醒正在监测集合事件的前摄器线程，来处理集合变更的通知。
2．3．2事件分发器
事件分发器(eventdiuspatcher)本身并不是运行态线程，而是一个执行过程，被前摄器线程所执行。它负责为事件选择一个合适的事件队列。一个套接字上的事件往往有处理的顺序性，当连接刚建立的时候，产生的连接建立事件，会选择最小负载的队列，并且后续此连接上的事件都会放入此队列。其他类型的事件（如信号事件）会每次选择最小负载的队列放入。上层模块可以自定义事件分发器的分发动作，实现个性化地分发逻辑。
2．3．3事件泵
事件泵(eventpump)是基于事件循环(eventloop)，阻塞读取事件队列，将事件调用相应的事件处理器接口进行处理。可以有0个或多个事件泵，如果没有初始化事件泵，则事件的处理由前摄器直接调用事件处理器接口进行处理。
2．3.4事件处理器
事件处理器本身并不是运行态线程，而是一个执行过程，被事件泵线程所执行。提供一个事件处理的统一入口Proces-sEvent，再根据不同的事件执行不用的处理函数。
2．4同步和异步模式
2．4.1同步模式
同步模式在客户端网络程序中使用较为便捷，从程序代码逻辑上看是顺序执行下去，能够更方便地控制逻辑执行顺序。因为事件处理器的执行过程是由事件泵线程或前摄器线程执行，与主线程并不是一个线程，那么如何才能让主线程接管消息的处理？可以通过设置一个阻塞消息队列，当有一个完整消息达到的时候，放入到此消息队列，而主线程则可以阻塞读消息队列（也可以配合超时）。当主线程还在阻塞读，而链路断开了，则需要自动将主线程从阻塞中唤醒，返回失败。主线程中只需要通过GetMessage就可以获得待处理的消息，然后进行消息处理，这一点就如同对系统消息队列的收取似的，处理逻辑简单。
2．4.2异步模式
异步模式在服务端网络程序，或者客户端网络程序需要连接多条链路的情况下，最为适合。因为事件处理器的执行完全由网络框架直接执行。同时由于I/O操作并不是在事件泵中完成，故事件泵便是工作线程，可以开设多个事件泵来达到更好的负载表现。
